К настоящему времени проанализировано значительное количество статических испытаний вновь устраиваемых свай. Статические испытания свай, длительное время эксплуатирующихся в составе свайного фундамента, остаются уникальными в силу сложности их проведения и заслуживают отдельного внимания. Особо актуальны такие испытания при отсутствии достоверной информации о свайных фундаментах при реконструкции здания или сооружения.

Испытание железобетонной забивной сваи сечением 0,35 x 0,35 м производилось на территории первого района Морского торгового порта г. Санкт-Петербурга. Свая входила в состав ростверка под внутреннюю несущую колонну здания склада № 9, находящегося у впадения в Неву р. Екатерингофки, на территории с абсолютными отметками поверхности 3,6...4,4 м. Площадка была образована планомерной отсыпкой грунта на низкий берег и дно устья реки. В результате мощность насыпного слоя в районе расположения испытанной сваи составила около 9,4 м. Насыпной грунт состоял в основном из песков различной крупности, средней плотности, с примесями шлака, строительного мусора, текучих суглинков и растительных остатков. Насыпной слой подстилался моренными суглинками, имеющими по ГОСТу в нарушенном состоянии мягкопластичную консистенцию (I_L=0,64), а в природном состоянии – полутвердую (C_в=0,24). При шурфовании под ростверком был обнаружен мелкозернистый песок. Для испытания свай в полуподвальном помещении склада путем шурфования был вскрыт ростверк, состоящий из 4 свай (рис. 1).

Рис. 1. Размещение свай в плане

Для проведения испытаний одна свая была срезана (рис. 2, 3).

Рис. 2. Подготовка сваи к испытанию

Рис 3. Свая, обрезанная для испытания

С помощью низкодеформационных испытаний (IТS) была определена длина сваи (рис. 4).

 

Рис.4. Принципиальная схема испытания свай

Суть данной методики заключается в том, что при ударе по верху сваи ручным молотком вниз по стволу распространяется сжимающая волна, которая отражается от подошвы сваи. Проходящий сигнал переводится в скорость и представляется на экране как функция времени. Все результаты сохраняются для обработки и составления последующего отчета на компьютере. График скорости распространения волны в свае имеет большой пик от удара. Пик, относящийся к подошве сваи, тоже четко различим.

Время от удара до возвращения волны характеризует длину сваи и ее механические параметры Т=2L/С, где Т– время от удара до возвращения; L– длина сваи; С – скорость распространения волн (C²=E/g, где Е – модуль Юнга; g – плотность). Для неповрежденных свай скорость распространения волны по бетону В25 должна быть не менее 3500 м/с. Длина сваи определялась по пикам на графике скорости распространения в свае волны (рис. 5).

Рис. 5. Определение длины сваи 

Согласно результатам испытаний свая имеет длину 10,2 м с соответствующим заглублением острия в моренные суглинки до отметки –7,5 м БС. Прочность бетона сваи на сжатие, определенная с помощью склерометра методом упругого отскока, соответствует классу бетона В 25. Загружение сваи при испытании осуществлялось с помощью гидравлического домкрата грузоподъемностью 200 т с упором в ростверк, с приложением ступеней нагружения по 10 т и выдержкой каждой ступени до условной стабилизации осадки. Величина нагрузки контролировалась по манометру с ценой деления 10 кг/см², а перемещения фиксировались двумя прогибомерами системы 6-ПАО с точностью отсчета 0,01 мм. Нагрузка при испытаниях была доведена до 80 т, при нагрузке до 70 т график “осадка–нагрузка” имел линейный характер. Осадка сваи при 70 т составила 1,1 мм, при 80 т – 1,66 мм. Таким образом, предельное сопротивление сваи вдавливающей нагрузке не было достигнуто. Испытания проводились при достижении приложенной нагрузкой значения, необходимого для реализации увеличения нагрузки при реконструкции, т.е. 70 т.

Согласно выполненным расчетам, несущая способность сваи по характеристикам суглинков ненарушенной структуры составляет около 120 т (допускается нагрузка на сваю 84 т) при нарушенной структуре грунтов – 68 и 49 т соответственно. Если же не учитывать работу сваи в насыпном грунте, для суглинка природной структуры допускаемая нагрузка на сваю будет составлять 52 т, а при нарушении структуры – 14 т (рис. 6).

Рис. 6. Расчетная нагрузка и несущая способность сваи: А – основание ненарушенной структуры; B – то же, без учета работы насыпного слоя; C – основание нарушенной структуры; D – то же, без учета работы насыпного слоя

Таким образом, испытания подтверждают, что после длительной работы сваи в конструкции сооружения (в данном случае – более 70 лет) ее несущая способность соответствует расчетной схеме СНиП с учетом полного восстановления структурных свойств грунтов. Работа насыпных грунтов после завершения осадок уплотнения также должна учитываться при расчете несущей способности сваи.
Очевидна целесообразность проведения подобных статических испытаний сваи в конструкции при решении вопроса о возможности реконструкции (дополнительном загружении) зданий на свайных основаниях.